IBM и Intel объявляют вторую транзисторную революцию
В полупроводниковой промышленности уже более 40 лет в качестве диэлектрика в микросхемах используется двуокись кремния SiO2. В процессе эволюции технологии толщину диэлектрика управляющего электрода транзистора удалось, по данным Intel, в 65-нм процессе довести до 1,2 нм – это соответствует примерно толщине слоя в 5 атомов.
Вместе с тем, дальнейшая миниатюризация с использованием SiO2 осложняется растущими при этом токами утечки. Они, а также диссипация энергии являлись основными факторами, ограничивавшими дальнейший прогресс в области микроминиатюризации. Преодолеть возникшие проблемы удалось исследовательским коллективам компаний IBM и Intel, практически одновременно, год спустя после демонстрации первых образцов 45-нм чипов, объявившим о готовности к переходу на новую 45-нм производственную технологию.
Для перехода на новый масштабный уровень – 45-нм – ученые Intel решили использовать в качестве диэлектрика управляющего электрода транзистора материал с относительно высоким значением диэлектрической проницаемости (high-k диэлектрика) на основе гафния.
Это позволило обеспечить достаточную для предотвращения утечки толщину диэлектрика без ухудшения емкостных характеристик. Ранее сообщалось, что использование high-k диэлектриков позволит снизить ток утечки на 2 порядка – а возможно, и больше.
Помимо high-k диэлектриков, в чипах Intel используются также диэлектрики с низкой диэлектрической константой (low-k) из нитрида кремния (SiN) в сочетании с допированным углеродом оксидным материалом (carbon-doped oxide, CDO). Они позволяют снизить межконтактную емкость, что повышает скоростные характеристики чипа и также способствует снижению энергопотребления.
Переход к использованию в качестве диэлектрика материала на основе гафния потребовал решить проблему его плохой совместимости с кремниевым электродом затвора из-за двух факторов: «захвата» порогового уровня, или уровня Ферми (Fermi level pinning), и фононного рассеяния (phonon scattering).
Первый из них связан с возникновением дефектов на границе раздела проводника и диэлектрика, препятствующих снижению напряжения переключения транзистора. Второй вызывается поляризацией диэлектрика, приводящей к снижению подвижности носителей заряда и, как следствие, ухудшению скоростных характеристик транзистора.
Проблемы, сообщает пресс-служба Intel, удалось решить за счет отказа от кремниевых электродов и замены их металлическими. Точный состав металлов держится в секрете, но указывается, что в транзисторах NMOS- и PMOS-типов используются различные металлы.
Intel планирует стать лидером в коммерциализации новой 45-нм технологии и освоении серийного производства микросхем нового поколения. По оценкам компании, это произойдет уже в третьем-четвертом кварталах 2007 года. Согласно уже обнародованной Intel информации, новая технология будет использована при производстве чипов семейства Penryn.
По данным Intel, переход на 45-нм процесс позволит в 2 раза повысить плотность транзисторов по сравнению с рекордными на сегодняшний день показателями 65-нм процесса. На 20% возрастет скорость переключения транзисторов - важнейший показатель быстродействия микросхемы, а также на 30% снизится необходимая для этого мощность. "Закону Мура", задававшему темп развития полупроводниковой промышленности, придано "новое дыхание".
Переход Intel на новую технологию будет масштабным. В настоящее время серийное производство на основе 45-нм процесса на 300-мм подложках отрабатывается на фабрике D1D в г. Хиллсборо, штат Орегон. Площадь «чистой комнаты» этой фабрики соответствует площади 3,5 футбольных полей.
Кроме того, производство на основе 45-нм процесса будет организовано на фабрике Fab 32 в г. Окотилло, штат Аризона (начало производства – вторая половина 2007 года) и на фабрике Fab 28 в Израиле (ориентировочное начало производства – первая половина 2008 года).
Информация от IBM, также заявившей о разработке технологии high-k диэлектриков и металлических электродов, не столь подробна. Как сообщает NorthWest Herald, технология разработана IBM в сотрудничестве с партнерами - AMD, Sony и Toshiba. Серийное производство по 45-нм технологии конкуренты Intel намерены начать к середине 2008 года.
Более подробная информация о новом технологическом прорыве в микроэлектронике будет представлена на портале Исследования и разработки – R&D.CNews.
Поделиться